(57)【要約】  発光素子は、光透過性を有する基板１１と、基板１１の上に形成され、ｎ型層１２ａ、発光層１２ｂ及びｐ型層１２ｃを有する半導体層１２と、半導体層１２の上に形成され、発光層１２ｂからの光を基板１１の方向へ反射する反射電極１４と、反射電極１４の上に形成されたバリア電極１７と、バリア電極１７の上に形成されたカバー電極１６とを備えている。反射電極１４はＡｇ層１４ｂを含み、カバー電極１６はＡｌ層１６ａを含み、バリア電極１７は、Ａｇ原子とＡｌ原子との相互拡散を抑制する。
2012026068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基板と、
前記基板の上に形成され、ｎ型層、発光層及びｐ型層を有する半導体層と、
前記半導体層の上に形成され、前記発光層からの光を前記基板の方向へ反射する反射電極と、
前記反射電極の上に形成されたバリア電極と、
前記バリア電極の上に形成されたカバー電極とを備え、
前記反射電極は銀層を含み、
前記カバー電極はアルミニウム層を含み、
前記バリア電極は、銀原子とアルミニウム原子との相互拡散を抑制する発光素子。
【請求項２】
前記バリア電極の面積は前記銀層の面積以上であり、
前記アルミニウム層の面積は、前記バリア電極の面積以上である請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記バリア電極は、単層の金属層又は複数の金属層の積層体であり、
前記金属層は、チタン、ニッケル、ロジウム、タンタル及びタングステンのいずれか１つを含む層又は２つ以上を含む合金層である請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記金属層の厚さは、１００ｎｍ以上である請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記反射電極は、前記銀層と同一の平面形状を有するニッケル層を含み、
前記バリア電極はチタンからなり、
前記バリア電極の面積は、前記反射電極より広く、且つ前記アルミニウム層より狭い請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射電極は、前記銀層と同一の平面形状を有する白金層を含み、
前記バリア電極はチタンからなり、
前記バリア電極の面積は前記反射電極と等しい請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に反射電極及びカバー電極を有する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップタイプの発光装置において活性層から出射した光は、光透過性を有する基板の方向だけでなく、基板と反対の方向へも出射する。光取り出し効率を向上させるために、フリップチップタイプの発光装置に、基板と反対の方向へ出射した光を反射する反射電極を設けることが行われている。例えば、ｐ電極をｐ型コンタクト層とオーミック接触するニッケル（Ｎｉ）等からなるオーミック電極と、アルミニウム（Ａｌ）等の光反射率が高い金属層からなる反射電極との積層体とする。【０００３】
Ｎｉからなるオーミック電極の上にＡｌからなる反射電極を直接積層するとＮｉ層とＡｌ層との間において原子の相互拡散が生じ、オーミック電極の特性が劣化し、動作電圧が上昇するおそれがある。このため、オーミック電極と反射電極との間に、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるバリア電極を形成することが検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。バリア電極を形成することにより、オーミック電極と反射電極との間における金属原子の相互拡散を抑制し、動作電圧の上昇を防止できると期待される。【０００４】
また、ｐ電極をニッケル（Ｎｉ）層と銀（Ａｇ）層との積層体等とし、オーミック電極を反射電極として機能させることも検討されている。オーミック電極の一部を光反射率が高いＡｇ層とすることにより、オーミック電極自体の反射率が向上し、基板側からの光取り出し効率が向上すると期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、オーミック電極自体の反射率を向上させた前記従来の発光素子は、以下のような問題を有している。オーミック電極の上にはボンディング等のためにＡｌ層を含むカバー電極を形成する。本願発明者らは、カバー電極を形成した場合、発光素子に長時間通電を行ったり、発光素子を高温状態に曝したりすると、発光素子の輝度が低下することを見出した。また、輝度の低下と共に、駆動電圧が上昇することも見出した。発光素子には安定した輝度を保つことが求められている。特に、照明装置等に用いる場合には、長時間点灯する必要があり、輝度の経時変化は大きな問題となる。また、発光素子をプリント配線基板等に搭載する場合には、リフロー炉等により高温に曝されるため、高温による輝度の低下も大きな問題となる。【０００７】
本開示は、前記の問題を解決し、長時間の通電及び加熱等による輝度の低下及び駆動電圧の上昇を抑えた発光素子を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、例示の発光素子は、反射電極とカバー電極との間に、カバー電極と反射電極との間の相互拡散を抑制するバリア電極を備えている。【０００９】
具体的に、例示の発光素子は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され、ｎ型層、発光層及びｐ型層を有する半導体層と、半導体層の上に形成され、発光層からの光を基板の方向へ反射する反射電極と、反射電極の上に形成されたバリア電極と、バリア電極の上に形成されたカバー電極とを備え、反射電極はＡｇ層を含み、カバー電極はＡｌ層を含み、バリア電極は、Ａｇ原子とＡｌ原子との相互拡散を抑制する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の発光素子によれば、長時間の通電及び加熱等による輝度の低下及び駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る発光素子の反射特性を示す表である。
【図３】変形例に係る発光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示の発光素子は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され、ｎ型層、発光層及びｐ型層を有する半導体層と、半導体層の上に形成され、発光層からの光を基板の方向へ反射する反射電極と、反射電極の上に形成されたバリア電極と、バリア電極の上に形成されたカバー電極とを備え、反射電極はＡｇ層を含み、カバー電極はＡｌ層を含み、バリア電極は、Ａｇ原子とＡｌ原子との相互拡散を抑制する。
【００１３】
本願発明者は、発光素子の輝度低下及び駆動電圧の上昇が、長時間の通電及び高温によりＡｌ層が拡散してＡｇ層にまで到達し、Ａｇ層を変性させることに起因するということを見出した。例示の発光素子は、反射電極とカバー電極との間に、バリア電極が設けられており、Ａｌ層の拡散を抑制することができる。これにより、Ａｇ層の変性によるＡｇ層の反射率の低下を防止し、輝度の低下を防止したり、駆動電圧の上昇を防止したりすることが可能となる。
【００１４】
例示の発光素子において、バリア電極の面積はＡｇ層の面積以上であり、Ａｌ層の面積はバリア電極の面積以上であるようにすればよい。バリア電極の面積がＡｇ層の面積以上であることにより、Ａｇ層へのＡｌの拡散を防止することができる。また、Ａｌ層の面積がバリア電極の面積以上であることにより、反射電極の周囲を通過した光をＡｌ層により反射させることができる。従って、反射効果を高めることができる。
【００１５】
例示の発光素子において、バリア電極は、単層の金属層又は複数の金属層の積層体とし、金属層は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）のいずれか１つを含む層又は２つ以上を含む合金層とすればよい。
【００１６】
この場合において、金属層の厚さは、１００ｎｍ以上とすればよい。金属層の厚さを１００ｎｍ以上とすることによりＡｌ層からＡｇ層へのＡｌの拡散を効果的に抑制することができる。
【００１７】
例示の発光素子において、反射電極は、Ａｇ層と同一の平面形状及び面積を有するＮｉ層を含み、バリア電極はＴｉからなり、バリア電極の面積は、反射電極より広く、且つＡｌ層より狭い構成とすればよい。
【００１８】
バリア電極を、同じ輪郭形状のＮｉ層とＡｇ層とにより形成された反射電極より広く、且つＡｌ層より狭い範囲に形成されたＴｉ層とすれば、Ｎｉ層及びＡｇ層とＴｉ層とを別々のマスクパターンで形成することができる。
【００１９】
例示の発光素子において、反射電極は、Ａｇ層と同一の平面形状及び面積を有する白金（Ｐｔ）層を含み、バリア電極はチタンからなり、バリア電極の平面形状及び面積は反射電極と等しくしてもよい。
【００２０】
このような構成とすれば、同じマスクパターンによりＰｔ層及びＡｇ層とＴｉ層とを形成することができる。従って、Ｐｔ層及びＡｇ層を積層した後にマスクパターンを除去したり、Ｔｉ層を形成するために新たなマスクパターンを形成したりすることを省略することができる。
【００２１】
（一実施形態）
図１に示すように、一実施形態に係る発光素子１０は、光透過性の基板１１と、基板１１の上に積層された半導体層１２と、半導体層１２の上に形成され、電力を供給するｎ電極１３及びｐ電極１４を有するフリップチップタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。本実施形態においては、基板１１が窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であるとして説明するが、光が透し、半導体層を成長させられればどのような基板であってもよい。例えば、サファイア基板等を用いることもできる。
【００２２】
半導体層１２は、基板１１側から順次積層されたｎ型層であるＮ−ＧａＮ層１２ａと、発光層１２ｂと、ｐ型層であるＰ−ＧａＮ層１２ｃとを有している。基板１１とＮ−ＧａＮ層１２ａとの間にバッファ層を設けてもよい。Ｎ−ＧａＮ層１２ａのｎ型ドーパントは、Ｓｉ又はＧｅ等とすればよい。Ｎ−ＧａＮ層１２ａの膜厚は２μｍ程度とすればよい。
【００２３】
発光層１２ｂは、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含んでいる。Ｉｎの含有量を調整することにより、所望の発光波長を得ることができる。発光層１２ｂは、単層であってもよいが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造としてもよい。発光層１２ｂを多量子井戸構造とすれば、輝度をさらに向上させることができる。
【００２４】
Ｐ−ＧａＮ層１２ｃは、発光層１２ｂの上に直接又は少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されている。Ｐ−ＧａＮ層１２ｃのｐ型ドーパントは、Ｍｇ等とすればよい。Ｐ−ＧａＮ層１２ｃの膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。
【００２５】
半導体層１２の上には、ｎ電極１３及びｐ電極１４が形成されている。ｎ電極１３は、Ｐ−ＧａＮ層１２ｃと発光層１２ｂとＮ−ＧａＮ層１２ａの一部とを選択的にエッチングして露出させたＮ−ＧａＮ層１２ａ上の領域に設けられている。ｎ電極１３は、半導体層１２側から順次積層されたＡｌ層１３ａとＴｉ層１３ｂと金（Ａｕ）層１３ｃとを有している。
【００２６】
ｐ電極１４は、Ｐ−ＧａＮ層１２ｃの上に積層されている。ｐ電極１４は、半導体層１２側から順次積層されたＮｉ層１４ａとＡｇ層１４ｂとを有している。ｐ電極１４は、反射率が高いＡｇ層１４ｂを有しており反射電極として機能する。
【００２７】
Ｎｉ層１４ａは、Ｐ−ＧａＮ層１２ｃとＡｇ層１４ｂとの密着度を向上させる接着層として機能する。Ｎｉ層１４ａの膜厚は０．１ｎｍ程度〜５ｎｍ程度の範囲とすればよい。
【００２８】
ｐ電極１４の周囲における、エッチングにより露出したＰ−ＧａＮ層１２ｃの側面と発光層１２ｂの側面とＮ−ＧａＮ層１２ａの表面は、保護層である酸化シリコン（ＳｉＯ2）層１５により覆われている。
【００２９】
ｐ電極１４の上には、バリア電極１７が形成されている。本実施形態におけるバリア電極１７はＴｉ層である。Ｔｉ層であるバリア電極１７の厚さは、１００ｎｍ程度である。本実施形態においてバリア電極１７は、ｐ電極１４よりも広い範囲に形成されている。バリア電極１７は例えば以下のようにして形成すればよい。まず、選択的にエッチングした半導体層１２の上にＳｉＯ2層１５を形成した後、ＳｉＯ2層１５を選択的に除去してＰ−ＧａＮ層１２ｃを選択的に露出させる。続いて、露出したＰ−ＧａＮ層１２ｃの上にマスクパターンを用いてｐ電極１４を形成する。ｐ電極１４を形成するためのマスクパターンを除去した後、Ｔｉ層を形成し、Ｔｉ層の不要部分をウェットエッチングにより選択的に除去する。Ｔｉ層を選択的に除去する際に、Ａｇ層１４ｂよりも広い範囲にＴｉ層が残存するようにすればよい。
【００３０】
バリア電極１７の上には、カバー電極１６が形成されている。カバー電極１６は、Ａｌ層１６ａとＴｉ層１６ｂとＡｕ層１６ｃとを有している。Ａｌ層１６ａの厚さは、２５０ｎｍ程度とすればよい。Ａｌ層１６ａは、バリア電極１７であるＴｉ層よりも広い範囲に形成されている。従って、Ａｌ層１６ａは、ｐ電極１４のＡｇ層１４ｂよりも広い範囲に形成されている。
【００３１】
発光層１２ｂから、ｐ電極１４側に放射された光は、Ａｇ層１４ｂにおいて基板１１側に反射される。Ａｌ層１６ａが、バリア電極１７よりも広い範囲に形成されているため、Ａｇ層１４ｂの周囲から漏れてカバー電極１６へ到達した光も、Ａｌ層１６ａにより基板１１側へ反射される。従って、本実施形態の発光素子１０は、高い光取り出し効率を実現することができる。Ｔｉ層１６ｂの厚さは、１００ｎｍ程度とすればよい。Ａｕ層１６ｃの厚さは、１３００ｎｍ程度とすればよい。
【００３２】
本実施形態に係る発光素子１０は、ｐ電極１４の上にバリア電極１７であるＴｉ層が設けられ、反射電極であるＡｇ層１４ｂとカバー電極１６であるＡｌ層１６ａとの間に位置している。これにより、長時間の通電及び高温により、Ａｌ層１６ａのＡｌが拡散してＡｇ層１４ｂに到達することをバリア電極１７により防止することができる。従って、Ａｇ層１４ｂの反射率の低下及び抵抗値の上昇を防止することができ、発光素子１０の輝度低下及び駆動電圧の上昇を防止することができる。その結果、高品質な発光素子１０を実現できる。
【００３３】
なお、本実施形態において、バリア電極１７をＴｉ層としたが、Ｔｉ層に代えてＲｈ層、Ｎｉ層、Ｔａ層又はＷ層等としてもよい。また、Ｔｉ層、Ｒｈ層、Ｎｉ層、Ｔａ層及びＷ層等を含む積層体としてもよい。さらに、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔａ及びＷのいずれかを含む合金からなる層又は積層体等としてもよい。バリア電極１７の厚さはいずれの場合においても１００ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００３４】
以下に、本実施形態の発光素子を実際に製造してその反射率を測定した結果を示す。発光素子Ａはバリア電極１７を厚さが１００ｎｍのＴｉ層とし、発光素子Ｂはバリア電極１７を厚さが１００ｎｍのＮｉ層と厚さが１００ｎｍのＴｉ層の積層膜とし、発光素子Ｃはバリア電極１７を厚さが１００ｎｍのＲｈ層とした。また、発光素子Ｄはバリア電極１７を形成しておらず、発光素子Ｅ及びＦは、それぞれバリア電極１７に代えて厚さが３０ｎｍのＰｔ層及びＣｒ層を形成した。
【００３５】
発光素子Ａ〜Ｃはそれぞれ２個作成し、３００℃にて３分程度加熱した前後の反射率を比較した。加熱前の反射率と加熱した後の反射率の平均値との差を加熱前の反射率で割った値を反射率の低下率とした。
【００３６】
図２に示すようにバリア電極１７を設けた発光素子Ａ〜Ｃは、反射率の低下率が１％未満であった。なお、反射率の値には１％程度の誤差が含まれていると考えられるため、発光素子Ａ及びＢについて低下率がマイナスとなっているが、測定誤差であると思われる。従って、発光素子Ａ〜Ｃの反射率は、加熱の影響をほとんど受けていないと推定される。
【００３７】
一方、バリア電極１７を設けていない発光素子Ｄでは、約３４．５％の反射率の低下があり、バリア電極１７に代えてＰｔ層を設けた発光素子Ｅでは、約４４．６％の反射率の低下が認められた。また、バリア電極１７に代えてＣｒ層を設けた発光素子Ｆでは、発光素子Ｄ及びＥと比べると反射率の低下が少ないものの、１％を超える反射率の低下が認められた。
【００３８】
以上の結果から、Ｔｉ等からなるバリア電極を設けることにより、加熱等により生じるＡｇ層の反射率の低下を抑えられることが明らかである。
【００３９】
（一実施形態の一変形例）
図３に示すように変形例に係る発光素子１０Ａは、反射電極として機能するｐ電極１４Ａと、バリア電極１７Ａとを有している。一実施形態においてはｐ電極を、Ｎｉ層とＡｇ層との積層体としたが、本変形例のｐ電極１４Ａは、Ｐｔ層１４ｃとＡｇ層１４ｂとの積層体である。バリア電極１７Ａは、Ｔｉ層でありｐ電極１４Ａと同じ平面形状及びサイズを有している。
【００４０】
ｐ電極１４ＡをＰｔ層１４ｃとＡｇ層１４ｂとの積層体とすることにより、バリア電極１７ＡであるＴｉ層を、ｐ電極１４Ａを形成する際に用いるマスクパターンと同じマスクパターンにより形成することが可能となる。このため、ｐ電極１４Ａを形成するためのマスクパターンの除去及びバリア電極１７Ａを形成するためのマスクパターンの形成を省略することができる。従って、Ａｌ層１６ａからＡｇ層１４ｂへのＡｌの拡散を防止しつつ、製造工程を簡略化するすることができる。
【００４１】
なお、図３においては、バリア電極１７ＡがＡｇ層１４ｂと同じ範囲に形成され、カバー電極１６のＡｌ層１６ａがバリア電極１７Ａよりも広い範囲に形成されている。しかし、バリア電極１７Ａは、Ａｇ層１４ｂよりも広い範囲に形成してもよい。また、カバー電極１６のＡｌ層１６ａを、バリア電極１７Ａと同じ範囲に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本開示の発光素子は、長時間の通電及び加熱等による輝度の低下及び駆動電圧の上昇を抑えることができ、特に反射電極及びカバー電極を有し、基板側から光を取り出す発光素子等として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１０      発光素子
１０Ａ    発光素子
１１      基板
１２      半導体層
１２ａ    Ｎ−ＧａＮ層
１２ｂ    発光層
１２ｃ    Ｐ−ＧａＮ層
１３      ｎ電極
１３ａ    Ａｌ層
１３ｂ    Ｔｉ層
１３ｃ    Ａｕ層
１４      ｐ電極
１４Ａ    ｐ電極
１４ａ    Ｎｉ層
１４ｂ    Ａｇ層
１４ｃ    Ｐｔ層
１５      ＳｉＯ2層
１６      カバー電極
１６ａ    Ａｌ層
１６ｂ    Ｔｉ層
１６ｃ    Ａｕ層
１７      バリア電極
１７Ａ    バリア電極
【図１】
2012026068.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012026068.tif 000005
【国際調査報告】
2012026068.tif 000006
2012026068.tif 000007
2012026068.tif 000008
2012026068.tif 000009